中心議題：

• 為你的應用選擇一個電源模塊

解決方案：

• 從可靠性選擇電源模塊
• 從電氣性能選擇電源模塊
• 從熱性能選擇電源模塊

如今的許多電信、數據通信
、電(dian)子(zi)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)和(he)無(wu)線(xian)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)都(dou)在(zai)利(li)用(yong)分(fen)布(bu)式(shi)電(dian)源(yuan)架(jia)構(gou)供(gong)電(dian)。這(zhe)些(xie)複(fu)雜(za)的(de)係(xi)統(tong)需(xu)要(yao)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，以(yi)便(bian)能(neng)夠(gou)監(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi)電(dian)源(yuan)，使(shi)之(zhi)達(da)到(dao)非(fei)常(chang)精(jing)確(que)的(de)參(can)數(shu)。為(wei)了(le)達(da)到(dao)這(zhe)樣(yang)的(de)性(xing)能(neng)水(shui)平(ping)，大(da)多(duo)數(shu)設(she)計(ji)都(dou)使(shi)用(yong)了(le)FPGA、微處理器

、微控製器或內存塊(memory block)。

這種設計的複雜程度給服務於這些通信基礎設施公司的應用設計人員帶來了沉重的負擔。他們的選擇很簡單：要麼進行投資以顯著改善其內部的電源管理能力，要麼依靠外部設計公司的專長。這些選擇都是不太可取的。

最近，出現了一個新的選擇：負載點DC/DC電源模塊。這些模塊結合了實現即插即用(plug-and-play)解決方案所需的大部分或全部組件
，可以取代多達40個不同的組件。這樣就簡化了集成並加速了設計
，同時可減少電源管理部分的占板空間。

從這些模塊獲得你需要的性能
，同時滿足你的預算和空間要求的關鍵在於
，需要一家掌握不同可用技術的公司。

最傳統和最常見的非隔離式DC/DC電源模塊仍是單列直插(SiP)封裝，見圖1。zhexiekaifangkuangjiadejiejuefangandequezaijianshaoshejifuzaxingfangmianqudelejinzhan。raner，zuijiandandeshizaiyinshuadianlubanshangshiyongbiaozhunfengzhuangdezujian。zhexiezujianshidianxingdedipinlvsheji(大約為300kHz)，其功率密度不是恒定的。因此，其尺寸使之難以為許多空間受限的應用所接受。下一代電源模塊需要在減少的外形規格(form factor)方麵取得重大進展
，以提高設計的靈活性。

圖1：傳統SIP開放式模塊

為(wei)了(le)實(shi)現(xian)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)需(xu)要(yao)的(de)更(geng)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)
，電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)供(gong)應(ying)商(shang)必(bi)須(xu)推(tui)高(gao)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)
，以(yi)減(jian)小(xiao)能(neng)源(yuan)存(cun)儲(chu)單(dan)元(yuan)的(de)尺(chi)寸(cun)。但(dan)是(shi)，利(li)用(yong)標(biao)準(zhun)組(zu)件(jian)增(zeng)加(jia)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)會(hui)導(dao)致(zhi)低(di)效(xiao)率(lv)，這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)於(yu)MOSFET的開關損耗。這推動著業界尋找成本有效地降低DC/DC模塊中MOSFET的驅動和電源路徑寄生阻抗的方法，生產與單個集成電路尺寸相仿的成型模塊。

ISL8201M DC/DC模塊
Intersil的 ISL8201M模塊集成了一個完整的DC/DC轉換器所需的大多數組件
，包括PWM控製器、MOSFET和電感器。其輸入電壓範圍為3-20V
，電流能力為10A。它可實現比傳統SIP DC/DC模塊高得多的開關頻率，通過不使用MOSFET封裝並將這些組件共同封裝在一個緊湊的15×15×3.5mm的QFN封裝中(見圖2)
，實現了極佳的效率和熱性能。ISL8201M是一個係列模塊中的第一個產品，尺寸和性能的進一步改善正在開發當中。

圖2：ISL8201M概念封裝圖

從效率的角度看，ISL8201M實現了極佳的性能。此外，QFN封裝優良的熱性能可以實現非常緊湊的設計，而不需要散熱片。這使得ISL8201M達到了大約200W/in3的功率密度，約為傳統開放式框架模塊的4倍。

圖3：ISL8201M效率曲線(Vin = 12V)

dangpingguyigetedingyingyongdejiejuefanganshi，chicunhechengbenshilianggezhuyaodekaolvyinsu。danshi，zaizhongduanyingyongzhongqitayinsukenengtongyangzhongyaohuogengweizhongyao。qizhongyixieewaikaolvyinsuzhengzaiyanjiu。
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可靠性
suoyouxitongshejirenyuanbixuchulideyigezhuyaowentishikekaoxing。xuduofenbushidianyuanjiagouyingyongxuyaozuzuyunxingduonian
，erhenshaotinggong。kekaoxingzaixitongzongyongyouchengbenfangmianfahuizhezhongyaozuoyong。zaichuligonglvmokuaishi
，youyugongtongfengzhuangzujiandeshuliang、高功率密度引起的熱疲勞現象，還有附件機製 (attachment mechanism)故障的緣故，可靠性問題非常重要。

電氣係統和組件的故障率遵循浴缸曲線的形狀 (見圖4)。這個曲線從一種狀態到另一種狀態陡峭而銳利的過渡取決於所使用組件的選擇、這些組件的額定值及其與模塊中其他組件的兼容性。例如，在20V輸入能力的DC/DC模塊中使用一個30V MOSFET是可以接受的，隻要精心選擇驅動器、肖特基二極管和緩衝電路即可。

圖4：生命周期故障率

電dian源yuan模mo塊kuai中zhong的de熱re疲pi勞lao現xian象xiang是shi由you電dian源yuan轉zhuan換huan效xiao率lv低di下xia和he浪lang費fei了le有you限xian的de可ke用yong空kong間jian造zao成cheng的de。這zhe最zui終zhong會hui增zeng加jia溫wen度du上shang升sheng速su率lv，並bing因yin此ci縮suo短duan了le產chan品pin的de使shi用yong壽shou命ming。為wei了le盡jin量liang減jian少shao溫wen度du對dui平ping均jun無wu故gu障zhang時shi間jian(MTBF)的影響，係統設計人員應考慮散熱問題

、有效氣流，以及基於模塊功率損耗的降額曲線。

圖5：典型的降額功率損耗曲線

另外一個導致重大故障的現象是由焊點裂紋造成的“溫度跑道”。如(ru)果(guo)模(mo)塊(kuai)受(shou)到(dao)機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)或(huo)多(duo)次(ci)溫(wen)度(du)循(xun)環(huan)衝(chong)擊(ji)
，裂(lie)紋(wen)可(ke)能(neng)在(zai)焊(han)點(dian)中(zhong)逐(zhu)步(bu)展(zhan)開(kai)，最(zui)終(zhong)可(ke)能(neng)使(shi)組(zu)件(jian)脫(tuo)離(li)基(ji)板(ban)。這(zhe)將(jiang)導(dao)致(zhi)電(dian)阻(zu)的(de)增(zeng)加(jia)，反(fan)過(guo)來(lai)又(you)增(zeng)加(jia)了(le)溫(wen)度(du)應(ying)力(li)。這(zhe)些(xie)事(shi)件(jian)可(ke)能(neng)會(hui)重(zhong)複(fu)
，直(zhi)至(zhi)循(xun)環(huan)達(da)到(dao)線(xian)剪(jian)切(qie)模(mo)式(shi)並(bing)導(dao)致(zhi)災(zai)難(nan)性(xing)的(de)故(gu)障(zhang)。

在ISL8201M中
，係統設計人員獲得了一個針對上述可靠性基準進行了廣泛認證和測試的解決方案。

電氣性能
在選擇一個最好的模塊時
，係統設計人員麵臨的主要困難之一是尋求性能、可ke靠kao性xing和he價jia格ge實shi惠hui之zhi間jian的de微wei妙miao平ping衡heng。這zhe項xiang任ren務wu的de難nan度du因yin標biao準zhun化hua測ce試shi條tiao件jian和he測ce量liang結jie果guo的de缺que乏fa被bei放fang大da了le，特te別bie是shi涉she及ji數shu據ju表biao中zhong公gong布bu的de一yi些xie主zhu要yao參can數shu時shi，如ru功gong率lv能neng力li、效率和瞬態響應。

在比較效率時
，你必須考慮到輸入電壓


、輸shu出chu電dian壓ya和he電dian流liu水shui平ping


，在zai該gai點dian比bi較jiao效xiao率lv。瞬shun態tai響xiang應ying是shi另ling一yi個ge參can數shu，它ta需xu要yao一yi些xie分fen析xi
，以yi便bian有you一yi個ge有you效xiao的de比bi較jiao。你ni必bi須xu確que保bao輸shu入ru和he輸shu出chu電dian壓ya是shi相xiang同tong的de，輸shu出chu電dian容rong有you相xiang同tong的de值zhi和he類lei似si的de參can數shu(ESR、ESL等)，最後，施加的暫態電流步驟均為相同的幅度和速度。

熱性能
在許多應用中，電源模塊需要在富有挑戰性的環境中工作。在比較一個模塊的電源能力時
，不應隻著眼於25℃時的電性能，還要考慮係統的環境溫度、氣流和將模塊的熱量傳到外麵的方法。例如，Intersil的ISL820xM係列采用的QFN封裝旨在通過印刷電路板實現最佳的熱轉移
，因此模塊下的大型銅板將改善整個電源的性能。

總之


，新的更高功率密度的選擇已經以非隔離負載點的DC/DC轉換器的形式進入市場。Intersil ISL8201M DC/DC模塊就是這樣的一個例子。它以小巧的15×15mm QFN封裝提供了極佳的效率和熱性能。在評估具體應用的DC/DC電源模塊時，必須注意充分研究各種方案的功能。設計人員應經過遴選程序

，比較它們的電性能和熱性能、物理尺寸，以及應用要求的可靠性指標。